Материалы с высокими упругими свойствами презентация

Примеры упругих элементов и пружин

Основные требования к пружинным материалам
Не допускается остаточная деформация
Высокое сопротивление малым пластическим деформациям
Сопротивление малым пластическим деформациям оценивается: пределом упругости, релаксаци-онной стойкостью

Диаграмма деформации, объясняющая релаксацию и упругое последействие

Для достижения в сплаве высокого предела упругости и релаксационной стойкости необходимо создать стабильную дислокационную структуру, в которой прочно заблокированы практически все дислокации
Используют:
Легирование
Повышение плотности дислокаций
Выделение дисперсных частиц вторичных фаз
Термомеханическую обработку

Рессорно-пружинные стали
Применяют для изготовления жестких (силовых) упругих элементов
Материалы должны иметь:
Высокий предел упругости
Высокий предел выносливости
Высокую релаксационную стойкость
Используют стали с 0,5-0,7%С.
Термическая обработка – закалка и отпуск при 420-520оС
Структура - троостит отпуска

Зависимость механических свойств пружинной стали (0,6%С, 2%Si) от температуры отпуска

Используют углеродистые стали:
65, 70, 75, 80, 85, 60Г, 65Г, 70Г - обладают невысокой релаксационной стойкостью, особенно при нагреве.
Легированные стали перлитного класса:
55С2, 60С2, 70С3А
Теплостойкие до 300оС : 50ХФА, 50ХГФА
60С2ХА, 60С2Н2А – прокаливаются до 50-80 мм
Предел упругости 880-1150 МПа

Материалы для упругих элементов приборостроения
Упругие элементы приборов, кроме высоких пределов упругости, выносливости и релаксационной стойкости, должны обладать:
Высокой коррозионной стойкостью
Немагнитностью
Электропроводностью
Одно из важнейших эксплуатационных требований – точная и стабильная характеристика

Характеристика двух упругих элементов

Характеристика упругого элемента зависит от его конструкции (числа витков пружины, диаметра проволоки и т.п.) и упругих свойств материала: модуля упругости и предела упругости.
Угол наклона характеристики к оси деформации определя-ется модулем упругости
Для упругих элементов приборов используют сплавы на основе меди, имеющие меньший модуль упругости

При нагружении упругого элемента проявляются неупругие эффекты, ухудшающие работу элемента и всего прибора
Неупругие эффекты:
Упругое последействие
Релаксация напряжений
Гистерезис
Внутреннее трение

Упругое последействие проявляется в отставании части упругой деформации материала от напряжения
В результате релаксации напряжение снижается, что приводит к появлению остаточной деформации – показания прибора не возвратятся на нуль

Диаграмма деформации, объясняющая релаксацию и упругое последействие

Петля упругого гистерезиса

Гистерезис - несовпадение характеристик упругого элемента при нагружении и разгрузке.
В результате не совпадают и показания прибора, определяемые упругим элементом.
Гистерезис вызван рассеиванием в материале энергии при нагружении.
Мерой рассеивания упругой энергии является площадь петли гистерезиса.
Гистерезис оценивают отношением максимальной ширины петли гистерезиса к наибольшей упругой деформации.

Резонансная кривая упругого элемента

Внутреннее трение проявляется при при циклических напряжениях ниже предела упругости в результате необратимой потери энергии деформирования
В реальных поликристаллах амплитуда колебаний упругого элемента растет в некотором интервале частот, что и является проявлением внутреннего трения.
Ширину этого интервала на высоте 0,7Аmax условились принимать за величину внутреннего трения.
Отношение резонансной частоты к ширине интервала называют добротностью

Свойства термически упрочненных сплавов для упругих элементов приборов